Das europäische Satellitennavigationssystem Galileo

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1 Das europäische Satellitennavigationssystem Galileo René Kleeßen Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v.

2 Das DLR Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt Forschungseinrichtung Raumfahrtmanagement Projektträger

3 Standorte und Personal Über Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter arbeiten in 33 Instituten und Einrichtungen in 16 Standorten. Stade Hamburg Bremen Trauen Berlin Braunschweig Neustrelitz Büros in Brüssel, Paris, Tokio und Washington. Jülich Köln Bonn Göttingen Lampoldshausen Stuttgart Augsburg Oberpfaffenhofen Weilheim

4 DLR Standort Bonn << zurück Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter : 680 (Projektträger) 250 (Raumfahrtmanagement) 30 (Projektträger Luftfahrtforschung) Gebäudeflächen: m² Dienstort Bonn Oberkassel - Raumfahrtmanagement - DLR Projektträger - DLR Projektträger Luftfahrtforschung Bonn-Oberkassel

5 Aufgaben DLR Raumfahrtmanagement Erstellung der deutschen Raumfahrtplanung im Auftrag der Bundesregierung Wahrnehmung deutscher Raumfahrtinteressen im internationalen Rahmen, insbesondere gegenüber der ESA Aufträge und Zuwendungen für Raumfahrtprojekte im Nationalen Raumfahrtprogramm - von Beratung über Förderentscheidung bis zum Technologietransfer

6 Finanzierung und Fördervolumen 2016 (Plan) 1400 Alle Angaben in Mio. Euro, daher ggf. Rundungsdifferenzen Raumfahrtmanagement Projektträger Forschung und Betrieb Deutsche ESA-Beiträge BMWi / BMVI Institutionelle Förderung FuE Nationales Raumfahrtprogramm inkl. Management Förderprogramme DLR PT inkl. Management ohne Verrechnung von Querfinanzierungen Drittmittel FuE Luftfahrtforschungsprogramme PT inkl. Management

7 Galileo Galilei ( )

8 Satellitennavigation = P N T

9 Beispiel Fußball: Wo genau befindet sich der Spieler? Prinzip der Satellitennavigation

10 Prinzip der Satellitennavigation Der Empfänger misst über Signallaufzeiten: 1. Entfernung zum 1. Satelliten 2. Entfernung zum 2. Satelliten 3. Entfernung zum 3. Satelliten 4. Exakte Uhrzeit vom 4. Satelliten Satelliten Atomuhren für extrem genaue Zeitmessung Signale enthalten Informationen zu Sendezeitpunkt, Bahndaten und Identität. 1 Milliardstel Sekunde entspricht 30 cm

11 Globale Navigationssatellitensysteme (GNSS) GPS II und ab ca GPS III Glonass (seit Ende 2011) Galileo (seit 2016, Vollausbau bis 2020) Beidou (ab ca global)

12 Document Title 7 July, 2017 Global Navigation Satellite System (GNSS) seit 1980 ziviles GPS Signal, Genauigkeit künstlich verschlechtert auf ca. 100 m 1994 EU Ratsbeschluss zu GNSS 1 (EGNOS) und GNSS 2 (Galileo) 1995 ESA ARTES 9 Programm: Anfangsstudien, EGNOS Entwicklung, Galileo Systemdefinitionsstudien 1999 EU Galileo Missionsdefinitionsstudien 2000 US-Präsident Clinton hebt im Mai 2000 künstliche GPS Signal-Verschlechterung auf 2003 Beginn der ESA Galileo Entwicklungsphase bis 2013 (gemeinsame Finanzierung durch ESA und EU) 2004 Gründung der Europäischen GNSS Agentur (GSA) 2009 Übertrag EGNOS Eigentum von ESA an die EU GNSS Verordnung 1285/2013 Gesetzgebungsakt zwischen EU-Rat, EU-Parlament, EU-KOM 12

13 GPS Ergänzungssysteme EGNOS Erhöhung der Genauigkeit Berechnung der Integrität Zwei Kontrollzentren ca. 40 Bodenstationen Nachteil: alle Systeme beruhen auf GPS EGNOS Version 3: - zwei Frequenzen und - Galileo wird integriert - ca. ab 2020

14 EGNOS

15 -Galileo Implementation Plan Galileo Aufbau 15

16 Document Title 7 July, 2017 Galileo Systemarchitektur Mission Uplink Stationen TT&C Stationen Konstellation 24+Reserve MEO Satelliten Nutzer & Diensteanbieter IOT Zentrum Kontrollzentren LEOP Zentren Galileo Sensor Stationen 16

17 Galileo System - Kreisförmige Umlaufbahn mit: - Bahnneigung 56 - Bahnhöhe km 2 Erd-Ø - Umlaufzeit 14,4 Stunden 56 -Erde 3 um 120 gedrehte Bahnebenen mit jeweils 10 Galileo Satelliten = vollständige Satellitenkonstellation

18 Weltweite Galileo Bodenanlagen

19 Galileo Bodenzentren in Europa

20 20 Document Title 7 July, 2017 Kontrollzentrum in DEU / DLR Oberpfaffenhofen

21 Document Title 7 July, 2017 FOC 21

22 22 Document Title 7 July, 2017 Aufbau der Satellitenkonstellation IOV FOC 2011/

23 Europäische GNSS Verwaltung Delegationsabkommen zu Galileo und EGNOS Politische Verantwortung Programm-Manager Finanzierung Delegationsabkommen zu Galileo, EGNOS, H2020 Arbeitsvereinbarungen zu Galileo und EGNOS Galileo Betrieb und Nutzung EGNOS Betrieb und Nutzung Sicherheitszulassung Dienste/Märkte Galileo Aufbau Galileo Unterstützung EGNOS Unterstützung GNSS Weiterentwicklung ESA NAVISP (ab 2017)

24 Budget für GNSS ( ) Delegationsabkommen Galileo und EGNOS: 7125 Mio. Delegationsabkommen Arbeitsvereinbarungen GSA Management: 163 Mio. Galileo Nutzung: 2700 Mio. EGNOS Nutzung: 1400 Mio. ESA Management: 422 Mio. Galileo Aufbau = 1605 Mio. EGNOS Unterstützung: über GSA GNSS Weiterentwicklung: über H2020

25 25 Document Title 7 July, 2017 Galileo Dienste Offener Dienst Kommerzieller Dienst kostenlos; Massenmarkt; Authentifikation verschlüsselt; Hochgenau; Authentifikation öffentlich regulierter Dienst verschlüsselt; Im Krisenfall verfügbar Such- und Rettungs- Dienst Echtzeit; hochgenau; Rückkanal

26 from 3 manufacturers adopting Galileo in 2010, to 17 in 2016 representing more than the 95% of global supply 2016 TIMING SMARTPHONES/MASS MARKET 2010 UAVs AUTOMO TI VE HIG H PRECISIO N

27 27 Document Title 7 July, 2017 Galileo - nächste Generation Signaldesign Atomuhren Elektrische Antriebe PRS Satelliten- Träger- systeme konstellation Datenüber- tragung Betriebs- kosten

28 28 Document Title 7 July, 2017 Galileo - nächste Generation

29 Navigationsanwendungen Verkehrsanwendungen Energie, Telekom, Banken Standortbezogene Dienste Landwirtschaft Rettungswesen

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31 Nationales Raumfahrtprogramm Anwendungen und neue Dienste Testgebiete Ghosthunter Raumsegment und Nutzlast Technologien für Galileo 2. Generation EGNOS Version 3 Innovative Navigationstechnologien Multi-Sensor - Technologien übergangsfreie Navigation Outdoor - Indoor PRS Technologieprogramm Empfänger Anwendungen Bildquellen: ESA, DLR

32 NAVVIS - Navigation anhand visueller Informationen Hintergrund und Nutzen: Server-Basierte Erweiterung der auf Outdoor-Einsatz beschränkten Satellitennavigation metergenaue Navigation im Inneren großer Gebäude (Flughäfen, Museen, Krankenhäuser, Behörden, ) keine Notwendigkeit von vor Ort gegebener Spezial- HW-Infrastruktur verwendbar auf handelsüblichen Smartphones Nahtloser Übergang Outdoor-/Indoor-Navigation Ergebnis: Schlüsseltechnologie Made in Germany für Navigationsanwendungen Potenzial: Massenmarkt verschiedenster Navigationsanwendungen

33 Anwendungen und Dienste GO! (Deutscher Galileo Empfänger für Bahn Anwendungen) Motivation: Die Entwicklung eines Navigationsempfängers für Bahnanwendungen nahtlose Ankopplung der Empfängersoftware und - hardware an Zentrale Dienste Synthese von optimierten Kommunikations-wegen zur Datenerfassung und bereitstellung, modulare Service-Architektur Mögliches Anwendungsszenario: Autonomes angieren auf Güterbahnhöfen Lösungen für die Überbrückung von Abschattungseffekten und für eine gleisgenaue Positionierung: o Berechnung von möglichen Bahntrajektorien, o Einbindung von Kartenmaterial und Sensoren (IMU), o Aussendung von Korrekturdaten über die Kommunikationsarchitektur o Untersuchungen auch im Hinblick auf Jamming bzw. Spoofing der Navigationsnachricht in dieser sicherheitskritischen Anwendung.

34 Anwendungen und Dienste C2Land (Capability 2 Land) Motivation: innovatives Bahnführungs- und Navigationskonzept für ein vollautomatisches Landesystem zu entwickelten und zu erproben, unter den Randbedingungen der kommerziellen Luftfahrt und unter Berücksichtigung zulassungstechnischer Aspekte o o o Kernstück ist ein zentrales Monitoring-, Datenfusions- und Integritätsüberwachungssystem, welches Navigation-, Regelung und Monitoring zu einem integrierten Bahnführungssystem koppelt. Durch die zentrale Informationsverarbeitung kann die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit des Gesamtsystems deutlich erhöht werden. Aufbau eines für Testflüge zugelassenen Demonstrators : die Funktionsfähigkeit der Subsysteme Navigation, Bildverarbeitung, Anzeige und Kollisionserkennung konnte bereits in Flugversuchen mit innovativen Technologien nachgewiesen werden.

35 Anwendungen und Dienste Galileo Nautic Motivation: Lösung für die hohen Sicherheits- und Effizienzanforderungen in Häfen und begrenzten Revieren stellen vollautomatisierte und miteinander kooperierende Schiffe dar. durchgehendes Monitoring der Schiffsfunktionen, aktive Sicherheitssysteme, vorausschauende und fehlertolerante Schiffsregelungen, integre Kommunikationsnetzwerke und garantierte Systemverfügbarkeiten auch im Fehlerfall Hohe Verkehrsaufkommen Hohe Geschwindigkeiten o Kooperative und vernetzte Navigation und Lokalisierung o koordinierte, kooperativen Manöverplanung o online Optimierung für Routen- und Manöverplanung o vollautonomer Schiffsbetrieb auf Einzelschiffebene o Integration zusätzlicher Sensorik o definiertes Protokoll zwischen den beteiligten Datennutzern

36 Anwendungen und Dienste Ghosthunter Motivation: Pro Jahr ca Geisterfahrer auf dt. Autobahnen und Bundesstraßen, dabei ca. 80 Unfälle Voraussetzungen definieren, unter denen es mit heutiger Technik möglich ist, Geisterfahrer auf Autobahnen zu detektieren und andere Verkehrsteilnehmer zu warnen automatisches Warnsystem soll in das europäische e Call System implementiert werden o GNSS Empfänger und GNSS Ergänzungssysteme, zusätzliche Sensoren und digitale Karte zu echtzeitfähigen Gesamtsystem koppeln. Diese Kopplung soll eine maximale Detektionswahrscheinlichkeit bei einer tolerierbaren Falschalarmwahrscheinlichkeit gewährleisten. o Durchführung einer umfassenden Analyse des Gesamtsystems bzgl. Positionsgenauigkeit, Verfügbarkeit, Integrität und Kontinuität

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38 GALILEO - Zusammenfassung Es wird 4 globale Satellitennavigationssysteme geben. Galileo bietet seit Ende 2016 erste Dienste an! Vollständiger Ausbau von Galileo erfolgt bis Immer mehr Bereiche nutzen Satellitennavigation. Auch kritische Infrastrukturen.

39 GALILEO Für weitere Informationen besuchen Sie bitte die folgenden Seiten im Internet: NAVIPEDIA

40 Alle Bildquellen: KOM/ESA GALILEO Gibt es Fragen?